在整個系統的設計過程中,終點和節點都需要一個主控芯片進行處理。主芯片選用MSP430F5438系列單片機。在信號調制方面采用了OOK調制方案。在高頻功放方面,采用了分立元件自制戊類放大器使用NEC公司的產品2SC3355做功放管。最后確定通信協議方案選擇,設計思想足由檢測終端發起一次信息阿步傳輸,所有的節點根據自己的編號在不同的時隙發送信息,中繼節點自行搜索判斷。通過一系列的選擇和設汁,整個系統的結構設計如圖1所示。
圖1 系統整體方案框圖
系統以MSP430F5438單片機作為終端和節點的主控芯片,光照探測由光敏電阻來實現,溫度可由單片機內部自帶的溫度傳感器得到。,數據的調制、接收采用串口通信,使用I/O口來控制天線的收發模式。從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容,故假設輸出電容是15 pF,阻抗可等效為一個42Ω的電阻與一個15 pF左右的電容并聯。取集電極饋電線圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路,此時所需的諧振電容為22.12 pF,所以還需要在集電極到地接入一個(10~22.12)pF的電容,為了便于調諧,采用了一只5/35pF的可調電容,經過這樣后,三極管輸出為42n的純阻,然后經過一個42 Ω~16.3 kΩ的三階低通濾波器實現阻抗變換,并且使輸出波形平滑(濾掉載波的高次諧波)。
在輸出端接了一個100 nF的隔直電容,這會使得輸出不再是42 Ω的純阻,所以經過PSPICE仿真,進行校準,得到最終的具體參數。
圖2 e3355開關狀態功放
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接收機解調電路分析
由于本系統采用的是OOK凋制,所以采用靈敏度高的倍壓檢波。當終端與節點距離較遠時,為了提高接收靈敏度,所以使用了兩級放大,從而在距離較遠的時候也能正常檢測到信號。考慮到在近距離時,在天線線圈接收處加上限幅電路。這樣就保證了在近距離和遠距離時都能夠接收到較好的信號。但是實際上由于在很遠的時候接收到的信號還是很小,這樣就導致了隨著距離的遠近需要改變比較器的參考電平,因此采用一個RC積分保持電路,使得能檢測到最大的峰值,這樣就實現了自適應比較,從而在遠距離時串口依然能夠正確識別信號。
為r實現天線的復用,使用一個開關電路來切換收發模式。這個開關電路使用單片機I/O口來控制高速二極管的導通與關斷來實現切換的。
圖4發射電路
圖5接收電路
將欲傳輸的信息通過串口輸出的電平控制本振的開斷從而實現OOK調制,后級使用丙類功放發射,接收端節點將天線上的信號進行放大,然后倍壓檢波,通過自適應比較器解調出數據,最后再向終端回傳環境信息。
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